岩溶塌陷灾害防治.doc

lenovo (beijing) limited岩溶塌陷灾害防治勘察技术lenovo user2010.7总结了岩溶发育的规律、成因等相关内容目录岩溶塌陷的形成条件与动力因素3地面塌陷的定义、类型及形态特征8岩溶塌陷的类型及其特征9岩溶塌陷的发育规律13岩溶塌陷发生的前兆特征17岩溶塌陷稳定性的宏观判断标志17日常工程活动中如何避免岩溶塌陷灾害18岩溶塌陷的简易监测19岩溶塌陷灾害的应急防治措施20岩溶塌陷工程治理程序及基本方法20岩溶塌陷的形成条件与动力因素 一、岩溶塌陷的形成条件 岩溶塌陷发育的基本条件是：岩溶洞隙的存在，一定厚度的松散盖层和水动力条件易于改变的岩溶地下水。 (一)岩溶洞隙是岩溶塌陷产生的基础。 岩溶(国际通用术语karst，译名喀斯特)是指水对可溶性岩石(在我国以碳酸盐岩为主，局部尚有硫酸盐岩、卤化物岩等，这里主要对前者进行论述)进行以化学溶蚀作用与特征(并包括水的机械侵蚀和崩塌使用以及物质的携出、转移和再沉积)的综合地质作用，以及由此而产生的现象统称。岩溶作用的结果在可溶岩表面及其内部形成各种岩溶现象，在地表的如洼地、槽谷、漏斗、落水洞、溶沟溶槽、石芽、石柱、溶峰等；在地下的则为各种形态的溶洞、溶隙、管道等。由于岩溶作用受着地下水水流系统的控制，因而各种岩溶现象也往往组成一定的系统，称为岩溶系统，受各种因素的影响，岩溶的发育有强弱之分，一般可溶岩岩性较纯，连续厚度较大，出露分布较广，断层较发育、岩层较破碎的，岩溶较易发育；可溶岩岩性不纯，含泥质及其它不溶杂质成分较多，连续厚度不大或多类有非可溶性夹层，出露分布较局限，断层不发育、岩层较完整的、岩溶发育较弱。其分级标志参见下表。 岩溶发育愈强烈，岩溶洞隙数量愈多，其规模也愈大，愈有利于岩溶塌陷的形成。岩溶洞隙的发育一般受岩溶地下水排浊基准面的控制，多发育于浅部，向深部逐渐减弱。浅部岩溶洞隙由于地下水活动频繁，交替强烈，一般连通性较好，成为塌陷物质的储集空间和运移通道。岩溶洞隙的开口程度是影响岩溶塌陷形成的重要因素，岩溶地下水的活动，塌陷物质的运移都是通过洞隙开口处进行的，因此，塌陷坑与开口洞隙存在着密切的垂向对应关系。实践表明，洞隙规模愈大，塌陷也愈大；洞隙开口愈大，塌陷速度愈快。洞隙的平面展布形态对塌陷平面形态有着决定性影响，裂隙状洞隙往往形成长条状塌陷坑，沿地下河管道往往产生链状或串珠状分布的塌陷坑群。 (二)一定厚度的松散盖层 目前已知塌陷中土层塌陷占967，可见土层是塌陷的主要组成部分。土层可由粘土、砂、砾等各种组分组成，形成单层双层或多层结构。岩性结构对塌陷的形成有着明显的影响：均一的砂土由于其颗粒间无粘结力，在一定水头的水流渗透作用下，其细小颗粒易于被潜蚀搬运进而淘空破坏，抗塌陷能力最差，塌陷数量相对较多；双层或多层结构的土层，由于有粘性土的缓冲作用，其抗塌能力要稍好一些；均一粘性土或底部为粘性土的多层结构土层，由于粘性土具有一定的凝聚力，抗塌能力较强，塌陷数量相对较少，塌陷的速度也要缓慢一些。土层的厚度对塌陷的产生也有明显的影响，据统计，土层厚度小于10m的塌陷占绝大多数；厚度1030m的塌陷数量要少得多，而30m的仅零星出现。目前所知土层厚度最厚的见于安徽铜陵新桥矿塌陷，土层厚度达到60m。除盖层为土层的塌陷外，如盖层为风化破碎的基岩也可产生塌陷，如湖南水口山铅锌矿阳公堂因矿坑排水产生塌陷，直径59x54m，塌坑可见深25m，塌陷层表层残积土厚387m，其下碎屑岩厚12467m，下伏为岩溶发育的灰岩，盖层总厚达16337m。山东莱芜铁矿顾家台矿区因矿坑排水在厚156m受断层破碎的第三系红色砂岩、粉砂岩中产生塌陷。此外，在湖南的煤炭坝煤矿、江西城门山和东乡铜矿，均发现有隐伏的古基岩塌陷堆积体，其直径可达500m，其深度可达300m。 (三)易于改变的岩溶地下水动力条件 岩溶地下水一般具有赋存状态复杂(集中管道状或分散网络状)、动态变化迅猛、迳流通畅、流态多变的特点，这些特征在不同地段由于其补给、迳流、排泄条件的不同而又有明显的差异。影响补、迳、排条件的因素除了地质构造外，主要受地形地貌、即碳酸盐岩的出露条件、地形切割程度及水文网配置格局所控制，不同地貌类型具有不同的岩溶地下水特征。据此可在宏观上将岩溶地下水概括三种类型：岩溶山地(裸露型岩溶)的岩溶地下水，岩溶平原、盆地、谷地(复盖型岩溶)的岩溶地下水和河湖近岸地带的岩溶地下水。 需要指出的是，在华南复盖岩溶区的上复粘性土层常与残坡积或坡洪积成因，多含有砂砾质且垂直裂隙发育，具有不均一的含水性，往往组成弱含水层，居民多取之供生活用水。其特征是含水不均，水位随地形而变化，水量较小，干旱年份甚至干涸。这一类土层水的水位一般高于下伏的岩溶地下水位，尤其在雨季，其水位差达到最大，在其作用下，沿土层中的垂向裂隙和粗大孔隙产生垂向渗透补给岩溶地下水，其水力坡度较大，可在土层中产生潜蚀作用，将土的细小颗粒随水带走，形成土洞，进而扩展形成塌陷。 地下水的动力条件是指地下水的赋存(含水介质类型)和水力条件(承压、非承压)及其以水位(水头)、流速、水力坡降等要素表征的条件。在岩溶地下水埋藏较浅、循环交替强烈的地段，岩溶地下水动力条件易于改变，地下水活动变化强烈，有利于塌陷的形成。这些地段有：水位埋藏较浅，多具承压性，变化幅度较大，或在基岩面附近波动的地段；迳流较通畅的集中迳流带或主迳流带；地下水的排泄带；具有潜水(包括土层水)和岩溶水双层含水层结构分布地段；与潜水或地表水体联系密切、交替强烈地段；降落漏斗影响范围内。 二、岩溶塌陷形成的动力因素 岩溶塌陷是在具备上述三个基本条件的基础上，受到各种自然或人为的动力因素的作用而产生。 (一)岩溶地下水的作用： 岩溶地下水的活动在岩溶塌陷的形成中具有多种作用，是一种十分重要的动力因素，可以在自然条件下由于气候季节的干、湿变化引起，也可以由于人工抽水、矿坑排水、水库蓄水、引水、灌溉和给排水工程的渗漏引起。 1溶蚀作用 水对可溶岩的溶蚀过程极为缓慢。据观测计算，我国岩溶区其溶蚀量每千年为数十至百余毫米。作为岩溶塌陷基础的岩溶洞隙都是在漫长的地质历史时期中形成。但在石膏、岩盐类岩石分布地区，因采矿、水库兴建或其它人类活动的影响可使其产生强烈的溶蚀作用，使新岩溶快速发育，为塌陷提供必要的条件。 2改变土体的状态 岩土体中含水量随地下水位的升降而变化，含水量的增加一方面使岩土体的重度增大，如达到饱和，重度可增加约1525；另一方面对于粘性土因塑性状态发生变化而使其变软，强度降低。这些变化将使洞隙顶板的力学平衡状态恶化。 3地下水的浮托作用 处于地下水位以下的岩土体都受到地下水浮托力的作用。当水位上升，浮托力按其增加的水头值增大，产生正压效压，如上复盖层较薄、上升水头较高时，就可能顶破盖层产生塌陷；当水位下降时浮托力消减，对于不透水的粘性土或砂土，其消减值为全部的下降水头或(0607)倍下降水头，其作用相当于使盖层增加一个同值的附加荷载，对于粘性土一般可达到其自重的40左右。这样可使盖层的稳定性降低甚至直接导致失稳塌陷。 4地下水的渗透潜蚀作用 潜蚀作用是指地下水流在其流径上对土、岩颗粒产生的动水压力使其移动带走的作用，动力水的大小取决于地下水的坡降，产生潜蚀作用的起始水力坡降称为临界水力坡降，它的大小取决于土的组成成分与结构，一般粘性土因其具有凝聚力，比砂性土要大。 沿着岩溶地下水流方向上的水平渗透潜蚀，在自然条件下因其水力坡降较小一般不易产生，主要出现于人工抽排水岩水位急剧下降的过程中，这时地下水的坡降流速增大，从而对岩溶洞隙通道中的松散充填物和复盖会产生潜蚀、冲刷和淘空作用。其结果，岩溶洞隙充填物被带走，在复盖层底部的洞隙开口处形成空洞，成为土洞的雏形。并在岩溶水位下降到基岩顶板之前继续受到潜蚀、冲刷而逐渐扩展。 在双层含水层结构分布地区。潜水或土层水向岩溶地下水的垂向渗透，以及降雨和地表水的垂向入渗，可产生垂向渗透潜蚀作用，这时入渗水流向着洞隙开口处汇聚和集中渗透。这种作用在抽排岩溶地下水水位急速下降的情况下最为显著，因上复土层的渗透性比岩溶含水层要小得多，其水位的下降速度也就要慢得多。这样水位差将随着岩溶水位的下降而增大，当水位降至复盖层底板时，其水力坡度达到最大(可接近1)，浸蚀作用也最强。在上述作用下土洞不断向上扩展而导致失稳塌陷。 5岩溶地下水位变化引起岩溶洞隙空间的正负压力作用 岩溶地下水位上升时，封闭较好的岩溶洞隙空间的气体受压形成高压气团，对其周围的岩土体产生正压作用，当盖层较薄时，可冲破盖层岩土体，形成气爆，造成塌陷。这类塌陷称之与冲爆塌陷，主要见于岩溶山地地下河的通道上。 岩溶地下水位大幅度下降可在封闭的岩溶洞隙空间产生负压，对复盖层土体产生附加吸力而使其遭到吸蚀剥落并向下迁移。对于上复土体中所含的水，负压使其增加了向下渗透的附加水头，从而加剧了对土体的潜蚀作用，加速土体的破坏和土洞的形成和扩展。负压的大小取决于复盖层的封闭程度和水位的下降速度，在安全封闭条件下，其理论最大值为一个大气压，实际上复盖层的封闭性只是相对的，地下水位下降速度除矿坑突水骤降外一般也是较缓慢的。因此其作用有限，完全由负压吸蚀产生的塌陷只有在极特殊的条件下才有可能出现。 6岩溶地下水位波动的散解作用 岩溶地下水位波动使岩溶洞隙上复盖岩土体处于频繁的干湿交替状态，使其发生崩解和剥落，促进土洞的发育和扩展。形成于地下水位波动带中的土洞除了入渗水流的潜蚀作用外主要与此种作用有关。 7岩溶地下水的水击作用 岩溶管道中的地下水流经常处于不稳定状态，管道中因塌陷物的堵塞或充填物的冲决，使水流速度突然变化，水流的动能将转化为压力，形成一种向来水方向传播的弹性波即水击波，从而产生水击作用，冲击岩溶洞隙管道系统，引起与之相通的上方复盖岩土体的击穿与塌陷。据计算，岩溶管道中水流速度突然降低1m/s时，产生的水击压力可达到120m水头以上，可见其力之大。 8地下水的侵蚀和搬运作用 在洞隙管道中流动的地下水，一般具有和地表水一样的侵蚀作用，而且由于管道系统形态的曲折多变，多有涡流形成而具有很强的冲蚀、掏蚀能力。在洞隙的开口处，对上复土层的侵蚀常可形成土洞雏形，并参与土洞的扩展过程。 浅部岩溶洞隙常有松散沉积物充填，由于水动力条件的改变，地下水水力坡降加大，流速加快，这些充填物被迁移搬运，并在塌陷发育过程中不断将塌落物质带走，这样塌陷才能不断发展，直至达到新的平衡。 (二)降雨及表水(库水、灌溉水、渠运管道渗漏水、建筑物地面排水等)的入渗作用 入渗水流对塌陷的形成有以下几方面的作用： 1洞隙盖层岩土体充水增重和软化作用； 2垂直渗透潜蚀作用 3地下水位上升使岩溶洞隙空间气团受压产生正压力 4水库蓄水库水对库盘的静水压力形成附加荷载。 (三)河、湖近岸地带的侧向倒灌作用 河、湖近岸地带多有阶地发育，普遍分布着孔隙潜水与岩溶水组成的双层含水介质。一般情况下地下水向河、湖排泄。其水位随河、湖水位的起落而波动。但在汛期洪水位急剧上升的情况下，河、湖水将向地下水产生侧向倒灌，地下水位随之上升。这时岩溶地下水对洞隙上复盖层土体产生正压力或使浮托力增大。在洪水位迅速回落时，岩溶地下水位由于其迳流较通畅亦随之很快下降，对洞隙上复盖层的浮托力很快消减，而潜水位因渗透性相对较弱下降较缓慢，使潜水位与岩溶水位之间的双层水位差增大，从而通过洞隙开口处从潜水含水层向岩溶洞隙产生垂向的渗透潜蚀作用，在盖层中形成土洞进而扩展塌陷。这种现象称之为洪水倒灌潜蚀塌陷，简称为洪水塌陷，一般在自然条件下即可形成，如有人为因素的叠加，可加快塌陷的发展速度。 (四)地震与振动作用 我国属多地震国家，在岩溶地区的地方志中就不乏地震引起塌陷的记载，近年来的唐山、海城等地震都有产生塌陷的实例。地震对塌陷的形成主要有两方面的作用：地震力使洞隙盖层岩土体产生破裂、位移形成塌陷；洞隙上复浅埋的松散饱水细粒砂层“液化”而形成塌陷，砂土液化是指饱水松散砂、土在震动作用下有变得紧密的趋势，导致其孔隙水压力骤然升高，砂粒间接触点上传递的压力减小甚至消失，这时砂粒之间就会脱离接触而完全悬浮于水中像液体一样流动的作用和现象，其特点是伴随有喷水冒砂现象。 除了构造地震外，岩溶区的塌陷地震和大型水库蓄水诱发的塌陷地震时有发生，一般其强度较低，为12级，影响范围较小，不致于引起塌陷，但在特殊情况下也可产生塌陷。如桂林柘木镇漓江岸边的地下河出口处管道顶板基岩中产生一直径约35米的塌陷，并出现地震效应。受地震力的冲击并因管道堵塞水流突然受阻产生的水击效应，使柘木镇阶地地面出现喷水冒砂及数十个塌陷，塌陷的散布范围达350米以外。 人为的爆破和车辆振动，也可造成洞隙顶板的塌落而形成塌陷，主要见于隐伏土洞发育地区，这些土洞顶板已接近极限平衡状态，在强度不大的振动力使用下产生附加荷载效应而导致塌陷。 (五)重力和荷载作用 重力是在塌陷形成过程中自始至终起作用的一种内力、自然条件下的基岩塌陷都是以重力作用为主导而产生的。隐伏土洞的突然塌陷，大多也是土洞在多种因素作用下不断向上扩展，直到土洞顶板在重力作用下其强度难以支承而失稳塌落。 荷载产生附加压力，其作用与重力作用类似。荷载压穿洞隙或土洞顶板引起塌陷主要见于顶板接近于极限平衡状态的隐伏土洞地区。 (六)酸碱液的化学潜蚀作用 在现代人类经济工程活动中，废酸碱液的排放日益增多，它对岩溶地区的岩土体产生强烈的溶蚀和潜蚀破坏作用，大量溶解带走可溶性物质，改变岩土结构，降低强度，导致塌陷。地面塌陷的定义、类型及形态特征 一、地面塌陷的定义及类型 地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人与因素作用下向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象。由于其发育的地质条件和作用因素的不同，地面塌陷可分为以下几种类型： 岩溶塌陷 由于可溶岩（以碳酸岩为主，其次有石膏、岩盐等）中存在的岩溶洞隙而产生的。在可溶岩上有松散土层复盖的复盖岩溶区，塌陷主要产生在土层中，称为“土层塌陷”，其发育数量最多、分布最广；当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时，也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。我国岩溶塌陷分布广泛，除天津、上海、甘肃、宁夏、以外的26个省（区）中都有发生，其中以广西、湖南、贵州、湖北、江西、广东、云南、四川、河北、辽宁等省（区）最为发育。据统计，全国岩溶塌陷总数达2841处，塌陷坑33192个，塌陷面积约332平方公里，造成年经济损失达1.2亿元以上。 非岩溶性塌陷 由于非岩溶洞穴产生的塌陷，如采空塌陷，黄土地区黄土陷穴引起的塌陷，玄武岩地区其通道顶板产生的塌陷等。后两者分布较局限。采空塌陷指煤矿及金属矿山的地下采空区顶板易落塌陷，在我国分布较广泛，目前已见于除天津、上海、内蒙、福建、海南、西藏以外的24个省区(包括台湾省)，其中黑龙江、山西、安徽、江苏、山东等省发育较产重，据不完全统计，在全国21个省区内，共发生采空塌陷182处以上，塌坑超过1592个，塌陷面积大于1150平方公里，年经济损失达317亿元。 在上述几类塌陷中，岩溶塌陷分布最广、数量最多、发生频率高、诱发因素最多，且具有较强的隐蔽性和突发性特点，严地威协到人民群众的生命财产安全，因此在此着重论述。 二、岩溶塌陷的形态特征与规模 岩溶塌陷的平面形态具有园形、椭园形、长条形及不规则形等，主要与下伏岩溶洞隙的开口形状及其上复岩、土体的性质在乎面上分布的均一性有关。其剖面形态具有坛状、井状、漏斗状、碟状及不规则状等，主要与塌层的性质有关，粘性土层塌陷多呈坛状或井状，砂土层塌陷多具漏斗状，松散土层塌陷常呈碟状，基岩塌陷剖面常呈不规则的梯状。 岩溶塌陷的规模以个体塌陷坑的大小来表征，主要取决于岩溶发育程度，洞隙开口大小及其上复盖层厚度等因素。据统计，土层塌陷陷坑直径一般不超过30m，其中以小于5m的占大多数，达6371，510m的占1020，个别大的可达6080m。塌陷坑可见深度绝大多数小于5m，可占总数的8497。基岩塌陷规模一般较大，如四川兴文县小岩湾塌陷，长650m、宽490m、深208m。岩溶塌陷的类型及其特征 一、岩溶塌陷的类型划分 我国岩溶塌陷类型繁多 (二)各种成因类型的发育特征 我国岩溶塌陷主要发育于华南的连片岩溶区。 (一)自然塌陷 在天然作用下产生的塌陷，约占总数的33(不包括陷落柱)，是各类塌陷中最多的一种。 古塌陷：形成于第四纪以前，如“陷落柱”； 老塌陷：形成于第四纪期间，具残留形态，往往为后期堆积物充填或掩盖； 新塌陷：新近时期产生，或形成时期不明，但形态保持较好。它们多发育于地下水变化迅猛的岩溶山地的洼地、槽谷中，塌陷范围小。强度弱，往往呈单个坑零星分布，塌陷规模随结构不同而差异很大。按其成因，又可分为： 1暴雨引起的塌陷：暴雨可导致土体迅速充水和地表水的强烈渗透，并在一定条件下引起岩溶地下水位的急剧上升而产生正压冲爆作用，易于产生塌陷。 2.洪水引起的塌陷：在近岸地带第四系冲积层中潜水位和岩溶地下水位均随洪水位而波动，由于两者渗透性的差异，在波动过程中不但可产生有利于渗透潜蚀作用的附加水头，而且还产生正负压力的作用，这些作用都可导致塌陷的产生。 3重力引起的塌陷：在岩溶发育过程中，地下洞穴，管道在崩塌作用下不断扩展，最后导致顶板盖层在重力作用卞失稳陷落的现象。在岩溶山区并不罕见。岩溶漏斗、地下河天窗岩溶障谷、天生桥等地岩溶形态有许多就是塌陷的遗迹，这些基、岩塌陷规模一般较大，形成之后一般不再复活。 4地震引起的塌陷：在构造地震作用下，在覆盖层比较薄弱的地段也可产生一系列的塌陷，如1853年2月在湖南新宁，5级地震的历史记载c“有声如雷，陷成七潭，大小不一，皆有水涌出”。此外，近几十年来地震塌陷也常有，如：1976年唐山地震引起数十处塌陷等。 (二)人类活动诱发的塌陷(简称人为塌陷) 是由于人类的工程经济活动，改变了岩溶洞穴及其上覆盖层的稳定平衡状态而引起的塌陷，约占总数的60，可见人为作用已成为现代塌陷的重要动力。人为塌陷按成因又可分为坑道排水或突水、抽汲岩溶地下水、水库蓄引水、震动加载及表水、污水下渗引起等类型塌陷+前三者共古人为塌陷的92。 1坑道排水或突水引起的塌陷 是指由于矿坑、隧道、人防及其它地下工程排水或突水引起的塌陷，其中以矿坑排、突水塌陷为主，占人为塌陷的17。 岩溶地区由于矿产资源的开发，矿坑排水或突水引起的塌陷较为频繁。凡处于复盖岩溶区的矿区，在其排水疏干过程中，几乎都不可避免地产生塌陷，主要分布于湘中、鄂东南、赣中赣东北及安徽的沿江地带。由于矿坑排水降深达数十米至上百米，疏干影响范围达数公里至一、二十公里以外。因此在所有各类塌陷中，这类塌陷范围最广，达数至数十平方公里；塌陷坑数量最多，达数百至数干个；持续时间最长，有的20年尚在继续；影响也最严重，多属大、中型塌陷。以土层塌陷为主，见有基岩塌陷；除碳酸盐岩类塌陷外，还有少量红层岩溶塌陷。 例如湖南恩口煤矿于1972年3月21日恩井放水试验，4月温塘泉水减少，6月20日开始塌陷，8月20日北面三口冲塌陷，以后河床附近排泄区相继发展。1975年恩i井一150米水平开始排水后，塌陷加剧。19771979年因25号点突水，水量1400吨时，塌陷剧烈发展达到高峰。随后逐渐减弱。但仍向外围缓慢扩展。至1986年塌陷总数达6100多个，主要发育于煤系底板茅口灰岩中，呈条带状分布，总长度20公里以上，煤系顶板长兴灰岩及大冶灰岩中亦有少量塌陷发育，塌陷影响范围达20平方公里。以土层塌陷为主，并见有红层岩溶的基岩塌陷。矿坑最大排水量8165吨时，最低排水标高一350米，塌陷破坏农田9500亩，拆迁民房18300平方米，毁坏小水库8座，山塘180多口，河床塌陷改河铺底5300米，河水灌入增加矿坑涌水量，最大灌入量8000吨时，并将泥砂带入矿坑；农业赔偿和塌陷综合治理费用每年平均150万元至1982年赔偿费用共980万元。 人为塌陷中的基岩塌陷都与矿坑排水或突水有关。基岩塌陷的盖层可以是碳酸盐岩，各种碎屑岩甚至火成岩(如大广山铁矿见于岩体边缘的强风化带中)。基岩塌陷一般具备两个条件：一是有较大的隐伏洞穴，二是盖层岩层(体)受构造破碎或风化而较软弱。基岩塌陷的特征是： (1)其规模不等，大者居多，塌陷直径从数米到数十米甚至数百米，塌陷坑深度和塌陷盖层厚度可达数十米至百米以上。 (2)其分布明显地受断裂构造控制，一般多发育于构造交汇破碎带。 2抽汲岩溶地下水引起的塌陷 主要由于水井抽水引起，分布较为普遍，约占人为塌陷的49，均为土层塌陷。当覆盖层厚度较薄(一般小于1020米)，抽水降深达到510米时，多有塌陷产生。由于抽水降深有限，其影响范围约数百米至一、二公里；塌陷坑数量较少，一般数个至数十个，仅在集中供水水源地有较大规模的塌陷产生，如贵州水城水钢供水水源地，16口抽水井中有14口井周围出现塌陷1000多个，范围达4平方公里；河北秦皇岛柳江供水水源地自1987年抽水以来，不到一年的时间产生塌陷286个，范围达37平方公里。抽水塌陷影响最大的是城市地区和铁路沿线。前者已见于贵阳、昆明、武汉、杭州、南京、广州等六个省会和20余个中小城市。损坏建筑物，破坏风景名胜。并危及人身及财产安全；后者影响显著的有津浦线泰安车站、浙赣线分宜车站及沈大线瓦房店三家子等处，往往造成断道停运，甚至列车脱轨、颠复的灾害。 3水库蓄水或引水引起的塌陷 岩溶山区、洼地、谷地的小型水库及少量中型水库，多在水体增荷，渗漏潜蚀及雨季地下水位迅猛变化产生的正负压力和冲爆等多种作用下而在库内产生塌陷，成为废库或病库。这类塌陷约占人为塌陷的26，主要分布于广西、贵州、四川、湖南、云南等省区，湖北、江西等省也有发生。一般规模较小，塌陷坑数量少，强度较弱，但往往多次复活而不易稳定。水库塌陷在悬托型河谷中极易产生，如云南以礼河水槽子水库，库区第四纪复盖层厚达30余米，上部1.52米为粘土，下为砂砾石粘土层，基岩为灰岩，白云质灰岩，岩溶较发育，有地下管道，地下水时期很深，达103米，水库建成后自19581965年每年塌陷数十个，累计达117个，形成长400米、宽100米的塌陷区，库水漏失。后经处理，塌坑开挖开至基岩，先填大石块，再填小石块，其上铺盖12米的水泥板，再回填粘土，效果良好。此外，在峰丛、丘丛洼地中的水库，其下往往有暗河管道发育，也易塌陷，如江西德兴万村挂袍山水库塌陷。这类水库地下水位埋深很大，但季节变化带常达到地表，在这种情况下，其处理一定要采取通气减压措施，作为地下管道的调压井才能收效。贵州普定火石坡水库的一个塌陷，多次处理，多次复活，甚至用钢筋混凝土盖板也未收效，原因恐在于此。引水渠道通过岩溶发育地段，也往往因渠水渗漏潜蚀形成塌陷。如湖南凤凰龙溪河水库引水渠道塌陷。 蓄水和坑道排水、抽水还往往引起红层岩溶的塌陷，它们产生于洞隙型岩溶发育的红色钙质胶结灰质砾岩，砂砾岩（湘、赣）及泥灰岩夹层（四川）中。一般规模小，零星分布。 4.震动或加载引起的塌陷 震动或加载是使复盖岩溶区处于接近极限平衡状态的隐伏土洞产生塌陷的导因，它们往往与其它因素联合作用。该类塌陷占人为塌陷的6%。如武汉中南轧钢厂堆料场的塌陷，就是在抽水的潜蚀作用形成隐伏土洞的基础上，经钢锭和煤堆的加载作用而塌陷的。震动引起的塌陷在铁路路基附近较为常见，贵昆线k586k612一段长26公里，属丘状溶原，多漏斗状洼地，复盖层为厚度不足10米的残坡积红色粘性土，地下水位在基岩顶板以下，1974年1980年沿路基塌陷4段共38个塌陷坑，其中，浑水塘车站、秧田冲车站及其区间内最为发育，见塌陷坑25个，单个塌坑规模小，多发生于雨季。其成因除了表水下渗潜蚀作用外，主要是火车通过时的震动。浙赣线分宜车站的塌陷除抽水因素外与火车的震动也有密切关系。公路上汽车的震动也能导致塌陷。如江西乐平县邵家板前堂村乐（平）弋（阳）公路西侧的粘性土中因汽车震动产生塌陷坑5个。以上这些塌陷都是发生于隐伏土洞发育的地区。 5.表水或污水渗引起的塌陷 在厂矿建筑区，由于场地排水不良造成表水下渗或化学污水下渗溶滤也能导致塌陷的产生，如云南镇雄板桥氮肥厂厂址，复盖层为亚粘土、含卵砾石粘土层，厚5米左右，最大19米，发育有土洞数十个，基岩为灰岩，地下水位7.615.7米，位于基岩顶板以下，1972年产生塌陷15个，使工厂设备陷落。其中13个塌陷分布于流水池和污水池一带，显示与表水和污水下渗作用有关。 桂林市第二造纸厂位于桂林市西北部，阳江右岸的岩溶洼地中，地面高出阳江水面约35m。厂区表层为棕黄色及红黄色粘性土层，一般厚710m，最厚达12m以上，据桂林地区所见，这类土层中往往有裂隙发育。基岩为灰岩，岩溶发育。厂区地下水主要受大气降水补给，地表水渗入覆盖土层后，一部分在土层中形成裂隙潜水，呈水平径流缓慢排向阳江一级阶地，大部分的入渗水流沿土层裂隙向下渗到基岩面后，通过基岩中岩溶洞隙的开口处汇入岩溶洞穴通道，排出阳江。 该厂于1973年建成投产。生产排放的废水平均每日约1020立方米，含盐酸约12%，具强腐蚀性。这些含酸废水由砖砌及水泥沙砂浆抹面地沟或排水沟排入阳江。由于水的酸性腐蚀，使地和排水沟逐渐破坏漏水，而终致完全失效。车间排放的含酸废水及雨水几乎全部由车间内外的一些漏水点就地漏入地下。 自1977年以来，水处理车间内及沿排水沟附近地面曾多次出现塌陷洞或坑。1983年8月11日下午一时零五分，一号混合罐地基突然陷落，罐体向北325西方向倾覆，部分输水管道扭断压碎，致使生产停顿。塌陷范围包括一号罐体基础及其周围地面，略呈椭圆形，东西长约3m多，南北宽2m多。地面一般下陷0.50.8m，周壁直立，且多向外凹进呈倒坡，罐体底部直径2m、厚0.9m的混凝土基座随罐体陷落掀倒，周围为虚土掩盖。在相邻的w3罐体东南角基础暴露，见其下有空隙存在。 造成塌陷的原因：一是地基土层中有隐伏土洞；二是含酸废水和地表雨水 集中渗漏，既造成了对混凝土的强烈腐蚀，又对土体中可溶盐的化学溶滤，使土体结构被散解，并促进机械潜蚀作用的发展，从而造成了地面塌陷，这是造成塌陷的主要原因。岩溶塌陷的发育规律 一、岩溶塌陷的分布规律 岩溶塌陷主要分布于具备塌陷形成条件且有多种不利要素综合作用的结果，对自然或人为诱塌因素的作用较为敏感的地段。归纳国内的实践经验，这些地段有： （一）岩溶强烈发育的纯可溶岩分布地带，或沿其与非可溶岩的接触地带。这些地带中隐伏岩溶形态（漏斗、溶槽等）较发育，且其中多有较土分布； （二）沿可溶岩中的断裂带或主要裂隙交汇破碎带，岩层剧烈转折、破碎的地带； （三）松散盖层较薄县以砂土为主，其底部粘性土层缺失或甚薄（一般不足12米）的“天窗”地段； （四）岩溶地下水的主迳流或或岩溶管道上； （五）具有潜水和岩溶水仅层含水层分布地带； （六）岩溶地下水的排泄区； （七）岩溶地下水位在基岩面上下频繁波动的地带，或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段； （八）临近河、湖、塘地表水体的近岸地带； （九）岩溶地下水位埋藏较浅的低洼地带。 二、岩溶塌陷的散布规律 在自然条件下，由于诱塌因素的作用强度除地震外一般较弱，塌陷往往是零星单个产生。对于人为塌陷由于诱塌因素作用一般较强，塌陷往往成群出现。这些塌陷群在空间是有一定的散布规律，其散布特征主要受控于可溶岩的分布、岩溶发育的均一程度和塌陷的发育程度。其散布特征可分为三类： （一）岛状散布：在塌陷群中数量最多，其原因一般与可溶岩呈岛状分布有关，如水口山矿区，塌陷主要集中出现于曾家桥、茶子园、侨头、香花坪等地段。也多与岩溶发育的不均一性有关，如煤炭坝煤矿，塌陷主要集中发育于岩溶较强烈的上泽泉、大成桥泉等地段而呈岛状分布。此外，还与诱发源的分布有关，如水城水钢供水源地，塌陷主要集中在14个抽水井周围，形成岛状塌陷。 （二）带状散布：其原因主要与可溶岩或岩溶强烈发育带呈条带状分布有关，其中以断裂破碎带、地下河通道带的控制作用最为明显。 （三）面状散布：主要见于岩溶发育较均一、岩溶地下水呈分散网络状分布的地段，常见于岩溶谷地的河、湖近岸地带、岩溶地下水的排泄地带。 三、岩溶塌陷发育的时空动态规律 （一）单个岩溶塌陷的发育过程及其动态特征 对于绝大多数常见的土层塌陷来说，都具有由岩溶洞隙土洞塌陷的发育过程，土洞是塌陷的孕育阶段，也是潜在的塌陷，土层塌陷的动态规律受着土洞发育过程的控制，后者又因土层岩性结构和厚度、岩溶地下水的状态及引起塌陷的作用因素不同而异。 根据我国的实际情况，按土洞发育的时期可区分为老土洞和新土洞两类：老土洞是在已往地质历史时期中在自然因素的作用下形成的；新土洞形成于现代，绝大多数是在人为因素作用下形成。 对于老土洞，根据其活动性概可分为两类。一类是已停止活动的“死”土洞，其特征主要是土洞充填较密实，无空洞存在，无地下水流强烈活动的迹象。这类土洞是由于环境条件的改变而形成，如原来岩溶地下水运移通道（包括岩溶洞隙）的充填堵塞，岩溶地下水位区域性下降并保持在基岩顶板以下，后者往往与地壳的升降活动有关。除非有强烈作用的人为因素如大规模的抽排水或突水水作用的迭加而可能重新活动外，一般不会复活，在工程活动中可当作一类具特殊性质的工程岩土体来对待，可不采取防塌措施。另一类是具有微弱的或间歇性活动性的老土洞，其形成时的条件和因素没有基本的变化，仅作用因素的强度有所减弱，其发育和扩展速度较缓慢，要达到塌陷产生的时间较为漫长，但在有人为因素的迭加作用下，其活动性及其发育和扩展的速度随人为因素作用的强度而有不同程度的增加。使老土洞产生塌陷，其经历的时间一般为数月甚至数年。我国南方是有这中缓塌型动态的塌陷为数甚多。缓塌型老土洞的特征是土洞充填物较疏松软弱，一般呈软型状，具有地下流动的痕迹，但其上部空洞少见。 新土洞主要是在人为因素作用下形成，其发展速度一般较老土洞要快得多，其经历的时间短至数小时，长的数日至数月，可称之为速塌型。新土洞的特征是土洞充填物较新，结构很疏松，含水量高，一般处于流动状态，其上部往往有空洞存在。 （二）岩溶塌陷群发育的时空动态 人为塌陷多成群产生，形成塌陷群，其时空动态表现在以下几个方面： 1.塌陷的持续性：岩溶塌陷在其诱发因素消失之前将持续发展，直到达到新的稳定平衡为止。如铜录山，水口山等矿区从1964年以来塌陷持续发展达20年之外，至今仍在继续。其他矿区也有类似的情况，这种现象主要与矿坑排水降深不断加深有关。对于抽水塌陷来说，如果降深较稳定，其持续时间将要短得多，但有的也可延长至10年以上（如水城）。 2.塌陷的阶段性：单个塌陷的发育过程可分为孕育阶段（土洞形成和扩展），塌陷阶段（塌陷形成），调整阶段（塌陷坑壁不稳定土体的坍塌以达到新的平衡状态及后期发行和充填堆积的休止阶段）。对于在一定诱发源（如一定降深的矿坑排水）作用下整个地区的塌陷发展过程可分为以下几个阶段。这几个阶段组成一个塌陷轮回。 3.塌陷的周期性：在诱发源稳定不变（如排水降深稳定）的情况下，受气象水文因素的影响。塌陷作用随其周期性变化而作强弱波动，如一年中的雨季春耕泡田季节，塌陷作用强烈，塌陷数量多而集中，其它季节塌陷作用减弱，数量减少。在一个轮回中这种波动随着塌陷发展逐渐向外围扩展，其幅度逐渐减弱以至消失。在诱发源发生变化（如排水降深加大）。塌陷作用将再次复活并向外围扩展，开始一个新的轮回，再次出现新的周期性波动，但其波动幅度较前一轮回减弱，呈螺旋式发展。 4.塌陷的重复性：对于一个特定的塌陷区来说，由于诱发源不断变化，可经历多次轮回的重复塌陷，表现为产生新的塌陷或者是原先塌陷的复活。 四、岩溶塌陷的伴生与共生现象 （一）岩溶塌陷的伴生现象。主要有地面下沉、地面开裂和塌陷地震，它们随塌陷而产生，有时成为塌陷的前兆现象。 1.地面下沉：在岩溶洞隙上复盖层与厚度较大但性质松软的土层组成时，土洞的扩展将引起地面的局部下沉，其发展的结果最终将形成缓发性塌陷。位于建筑物下方的土洞，在其扩展过程中将引起建筑物的不均匀沉降，地面亦将出现局部下沉。 2.地面开裂：在土洞扩展到一定程度而尚未塌陷前，往往首先在地面出现裂缝，这些裂缝大都是弧形断续展布，具拉张特征，有时有多条裂缝是平行交错分布。裂缝进一步发展形成环状裂缝，且宽度加大，有时内侧下错形成小的错台，但一般不具有水平的相对位移。这些环状裂缝往往是塌陷坑口位置的表征。此外，在塌陷坑外侧周边还可出现弧形的牵引裂缝。在塌陷坑形成后引起坑壁的坍塌。 3.塌陷地震：大规模的塌陷可引起地震效应，由于其产生地震的能量有限，震源深度很浅，因此强度低，震级小，但烈度偏高。如水口山矿区，在排水初期塌陷大量产生，同时出现烈度5度地震，影响范围直径5公里。乌江渡六厂1945一1946在灰岩中产生3级地震。烈度在56，贵州开阳县城东南，1957一1958年在灰岩，白云岩中出现塌陷地震，震级3级。湖北恩施沐抚区大山顶一带1975年1月27日，当地群众听到地下有闷雷声，地面见有裂缝，宽12厘米，长数十至数百米，裂缝附近常见有漏斗或新近塌陷的坑洞，多属基岩塌陷，塌陷地震震级0507级，影响范围南北长1520公里，东西宽2一10公里。 (二)岩溶塌陷的共生现象 岩溶地区在自然和人为因素作用下除产生塌陷外，还可由于自身所具有的条件出现与之共生的地面变形现象，如沉陷和地裂。它们与塌陷没有必然的成因联系，而是与塌陷不同的另一类变形现象，认识它对于区别塌陷现象有着重要的意义。 1地裂：岩溶地区可出现不同类型的地裂，除新构造运动形成的地裂可偶见外，较常见的是岩溶地区的红粘土中因具有胀缩性(遇水膨胀、失水收缩)而产生的地裂，并常使建筑物开裂损坏。另一类地裂是由于地面沉降而引起的，伴随地面沉降而出现和分布。沉降愈强烈，地裂也愈密集，其延伸长度由数十米至百余米不等。如江西乐平花亭锰矿在放水试验时伴随降出现地裂150多条，最大长度160米，可见最深2米。 2地面沉降： 岩溶地区可出现不同类型的地面沉降，常见的一种类型是“脱水压密沉降”，如昆明翠湖公园因附近园通山人防工程排水，声溶地下水位有较大下降，该处上复的疏松饱水土层中除有39个塌陷产生外，公园内还普遍见到桥墩下沉、房屋开裂、湖堤外侧开裂等一些明显的下沉开裂现象，这是土层脱水压密的结果。江西乐平花亭锰矿复盖层为厚535米的红粘土和厚约5米左右的砂砾石层，1970年2月于一40米坑放水试验，降深325米，涌水量268升秒，除产生82个塌陷外，在降落漏斗内侧约1公里范围内地面还产生沉降和开裂，其最大下沉量达360毫米，超过30毫米的沉降区面积约3平方公里。这也是因为砂砾石层的疏干压密和粘性土层脱水后固结压密的结果。另一类沉降是由于土层下密布细小的岩溶洞隙，使土层向下较均匀地流失造成的这种现象在石膏岩溶区最为典型。岩溶塌陷发生的前兆特征 岩溶塌陷很长，段变形过程发展于地面以下，一旦地面以上出现前兆，离塌陷时间已近而短促，往往因未及时引起警惕而造成重大损失。然而作为塌陷的序幕，只要认真仔细观察是可以发现并作出预警预报的，对减轻灾害损失具有重要意义。主要的前兆有： 一、井、泉的异常变化：如井、泉水位的骤然升、降，水色突然浑浊或翻砂、冒气。这些现象反映岩溶地下水动力条件自然发生急剧改变，从而为塌陷作用的发展提供了动力。这些变化的产生或者与附近地表水体（河、湖、坑矿）突然发生集中渗漏有关，或者与地下通道因土洞扩展坍塌造成的堵塞或冲决有关。无论如何它们都将促进土洞的快速扩展，预示着存在塌陷的险情，作为塌陷的前兆有着重要的意义。 二、地面变形：如地面出现环状裂缝并不断扩展，产生局部的地鼓或下沉现象。它们一般是土洞扩展达到一定规模后其顶板已接近极限平衡状态的现象，这时地面已处于临近塌陷的危险状态。岩溶塌陷稳定性的宏观判断标志 对于岩溶塌陷主要是对塌陷坑的稳定必进行宏观判断。 一、稳定性较好的已不再活动的塌陷坑一般具有下列特征： (一)塌陷坑已受到后期改造；坑口坑壁经后期坍塌后边坡已经稳定而是漏斗状；坑底经后期充填后地面较平滑，参差凹凸的现象已不复见；坑周围的环形裂缝已多自行填塞不显。 (二)坑底堆积物中未见新的下沉、错移等复活迹象，坑底未见新的裂缝或坑穴。 (三)植物生长茂密，已遮盖大部分剖面。 (四)无地表水流汇集注入现象，雨后坑中积水消散较慢。 (五)附近不存在人为因素的强烈影响，如矿坑排水、抽水量大的水井等，且据访问了解，在较长时期以来没有发生过活动。 二、稳定性差的尚在活动的塌陷坑，其特征主要是： (一)塌陷坑形态保存较好，特别是坑中堆积物有沉陷、错移迹象，并见有裂缝。 (二)塌陷坑周边环形裂缝发育较齐全，其宽度、长度都有进一步发展的趋势。 (三)植物稀疏不发育或发育不均衡：有地表水流汇集注入迹象，水流入渗迅速，存不住水。 (四)附近有人为因素的影响，据访问了解在近期有活动迹象。 以上特征可综合分析，作为塌陷坑稳定性的宏观判断标志。对于稳定性差的尚在活动的塌陷坑的判断是防灾治灾工作的基础。应特别予以重视。日常工程活动中如何避免岩溶塌陷灾害 一、在工程选址时，首先对工程选址地区调查了解已有岩溶塌陷的发育情况，并初步判断其稳定性。针对不同情况采取如下对策： (一)对已有岩溶塌陷发育且其稳定性差尚有活动迹象的地段，就坚决避让； (二)对已有岩溶塌陷数量较少且其稳定性较好已不再活动的地段。原则上应使主要建筑物避开塌陷地段，尤其是要充分考虑今后环境条件改变对塌陷稳定性的影响。 (三)建筑物应尽量避开有利于岩溶塌陷发育的地段特别是存在人为因素影响的情况下，尤其需要慎重对待，必要时应进行勘查。 二、工程设计和施工中要注意消除或减轻人为因素的影响；如设置完善的排水系统，避免表水大量入渗，对已有塌陷坑进行填堵处理，防止表水向其汇聚注入等。岩溶塌陷的简易监测 一、监测的目的： 通过简易监测，一方面是要抓住岩溶塌陷的前兆现象；另一方面是取得这些前兆现象变化过程的资料，以便于分析判断其发展趋势，为及时采取应急措施提供依据。 二、监测点的选择： 一般是选择有异常变化现象的点如井、泉水位，地面和建筑物的裂缝等。进行监测，对于地面和建筑物的变化，应在变形的不同部位布点；形成监测点网，以全面掌握其变形的系统情况。 三、监测方法和工具 监测方法和工具可根据具体条件确定，可因陋就简，以能取得观测数据资料为原则。如井、泉水位观测，可在其旁设标尺(最小刻度为1毫米)地面裂缝可在不同部位(如裂缝两头、中部等)于裂缝两